Анализ сопротивления изоляции и диэлектрических потерь трансформаторов электроснабжения

1 Введение

Трансформаторы являются одним из наиболее важных устройств в энергетических системах, и крайне важно максимально предотвращать и минимизировать возникновение отказов и аварий трансформаторов. Отказы изоляции различных типов составляют более 85% всех аварий с трансформаторами. Поэтому для обеспечения безопасной работы трансформаторов необходимо регулярно проводить испытания изоляции, чтобы заранее выявлять дефекты изоляции и своевременно устранять потенциальные опасности. На протяжении своей карьеры я часто участвовал в работе по испытанию трансформаторов, накопив обширные знания в этой области. В данной статье подробно описаны комплексные испытания изоляции трансформаторов и условия изоляции, отражаемые результатами испытаний.

2 Измерение сопротивления изоляции и коэффициента абсорбции

2.1 Измерение сопротивления изоляции

При измерении следует использовать мегаомметр в соответствии со стандартными спецификациями для последовательного измерения сопротивления изоляции между каждой обмоткой трансформатора и землей, а также между обмотками. Клеммы обмотки, подвергаемой испытанию, должны быть замкнуты, а клеммы непроверяемых обмоток должны быть замкнуты и заземлены. Места и последовательность измерений должны следовать таблице ниже.

При сравнении значений сопротивления изоляции их следует переводить к одной и той же температуре, используя следующее математическое выражение:

В формуле:

R1 представляет собой значение сопротивления изоляции (в мегаомах), измеренное при температуре t1

R2 представляет собой значение сопротивления изоляции (в мегаомах), рассчитанное при температуре t2

Измеренные значения сопротивления изоляции в основном оцениваются путем сравнения результатов последовательных измерений каждого обмотки. По сравнению с предыдущими тестами не должно быть значительных изменений, обычно не менее 70% от предыдущего значения. При испытаниях при вводе в эксплуатацию значение обычно не должно быть менее 70% от заводского тестового значения (при одинаковой температуре).

Когда нет справочных значений, стандарт для значений сопротивления изоляции обычно приведен в таблице ниже.

2.2 Измерение коэффициента абсорбции и поляризационного индекса

Коэффициент абсорбции представляет собой отношение значений сопротивления изоляции, измеренных мегомметром через 60 секунд и 15 секунд после приложения напряжения. Коэффициент абсорбции очень чувствителен к влаге в изоляции. При температуре от 10°C до 30°C коэффициент абсорбции не должен быть менее 1.3.

Для трансформаторов номиналом 220 кВ и выше или 120 МВА и выше следует измерять поляризационный индекс. Этот индекс представляет собой отношение показаний, взятых через десять минут и одну минуту, причем поляризационный индекс не должен быть менее 1.5.

Измерение сопротивления изоляции и коэффициента абсорбции является простым и универсальным методом проверки состояния изоляции трансформаторов. Этот тест позволяет эффективно обнаруживать увлажнение изоляции и локальные дефекты, такие как трещины в фарфоровых изоляторах, заземленные выводы и т.д. Если измеренные сопротивление изоляции и коэффициент абсорбции не соответствуют установленным значениям, то в изоляции определенно существуют дефекты указанных типов.

3 Испытание на ток утечки

При испытании используется генератор высокого постоянного напряжения и микроамперметр. Точки приложения напряжения указаны в следующей таблице:

Стандарты применения испытательного напряжения показаны в следующей таблице.

После повышения напряжения до испытательного значения, измерьте постоянный ток, проходящий через испытуемую обмотку, через одну минуту; это значение и будет измеренным током утечки.

Тест на ток утечки фактически измеряет сопротивление изоляции. Однако, поскольку для измерения тока утечки используется более высокое постоянное напряжение, он может выявить дефекты изоляции, которые мегомметр не способен обнаружить, такие как частичные пробои в трансформаторах и дефекты выводных втулок. При анализе и оценке результатов измерений сравнение в основном проводится с аналогичными трансформаторами, между различными обмотками, а также с результатами предыдущих лет, при этом значительных изменений не ожидается. Если значения увеличиваются год от года, следует обратить внимание, так как это часто указывает на постепенное ухудшение изоляции. Если наблюдается внезапное увеличение по сравнению с предыдущими годами, это может свидетельствовать о серьезных дефектах, требующих расследования.

4 Измерение тангенса угла диэлектрических потерь

Так как корпус трансформатора непосредственно заземлен, для измерения тангенса угла диэлектрических потерь используется АС-мост типа QS1 с обратным подключением. Места измерений показаны в таблице ниже.

Примечание: В тексте не были предоставлены конкретные данные таблицы, поэтому они упомянуты здесь в общих терминах. Если у вас есть конкретные детали или данные для таблицы, их можно включить в перевод для большей точности.

Этот перевод охватывает техническую процедуру тестирования угла диэлектрических потерь и причины использования определенного оборудования с учетом условий заземления. Он также отражает важность сравнения текущих результатов тестирования с историческими данными для выявления возможных проблем в системе изоляции трансформатора.

Во время измерения два конца испытуемой обмотки должны быть замкнуты, а все непроверяемые фазные обмотки должны быть замкнуты и заземлены. Это предотвращает ошибки измерения, вызванные индуктивностью обмоток.

Стандартные значения тангенса угла диэлектрических потерь изоляции обмоток трансформатора (при 20°C) приведены в следующей таблице:

Тангенс угла диэлектрических потерь не должен значительно изменяться по сравнению с историческими значениями (обычно не превышая 30%). Напряжение испытания составляет 10 кВ, когда напряжение обмотки 10 кВ или выше, и равно номинальному напряжению (Un), когда напряжение обмотки ниже 10 кВ.

При измерении тангенс угла диэлектрических потерь следует перевести на одну и ту же температуру, используя следующее математическое выражение:

В формуле:

tgδ1 и tgδ2 представляют собой значения тангенса дельта при температурах t1 и t2 соответственно.

Измерение тангенса угла диэлектрических потерь изоляции обмоток трансформатора в основном используется для проверки попадания влаги в трансформатор, старения изоляции, ухудшения качества масла, накопления осадка на изоляции и серьезных локальных дефектов. Если измеренный тангенс угла диэлектрических потерь не соответствует установленным значениям, то в изоляции определенно существуют некоторые из указанных выше дефектов.

5 Испытание на выдерживание переменного напряжения промышленной частоты

Оборудование для испытаний на выдерживание переменного напряжения промышленной частоты обычно требует испытательного трансформатора, регулятора напряжения, высоковольтного электростатического вольтметра и шарового зазора. При необходимости можно также подключить в цепь со стороны высокого напряжения амперметр переменного тока и водяное сопротивление. При проведении испытаний оборудование должно выбираться в зависимости от требований к испытательному напряжению и мощности испытуемого образца.